超高真空构筑新型二维材料及其异质结构

由于量子受限效应,二维材料表现出很多三维材料所不具备的优异电学、光学、热学以及力学性能,为研究人员所关注.材料的优异物性离不开高质量材料的制备,超高真空环境可以减少杂质分子的污染与影响,提高二维材料的质量与性能.本文介绍基于超高真空环境的新型二维原子晶体材料的原位制备方法,包括利用分子束外延构筑新型二维材料、利用石墨烯插层构筑新型二维原子晶体材料异质结构以及利用扫描探针原位操纵构筑二维材料异质结构三大类.文章回顾利用这三类方法构筑的二维材料及其物理化学性质,比较三种方法各自的优势与局限性,对未来二维材料制备提供一定的指引.     

超高时空分辨光电子显微镜的研究进展(特邀)

新型光电材料、磁性材料、低维量子材料等是目前凝聚态物理的研究前沿,其在微纳尺度的近场光学动力学具有丰富的物理内涵和广阔的应用前景.飞秒激光的超高时间分辨与光电子显微镜的超高空间分辨结合为一种超高时空分辨测量技术,为材料物理、表面物理等研究注入了新的活力,提供了强有力的平台.本文介绍了超高时空分辨光电子显微镜,讨论了其在...     

基于Gires-Tournois谐振腔的二维光学相控阵反射镜

光学相控阵是激光雷达中实现非机械光束偏转的一种技术方案,针对现有光学相控阵存在的尺寸大、二维集成困难等问题,提出了一种可实现二维光束偏转的新型二维光学相控阵反射镜。该反射镜采用易于集成的面阵结构,同时利用Gires-Tournois谐振腔在谐振波长附近的色散特性放大相移。仿真结果表明,该结构在谐振波长附近具有较高的相移效率,为实现二维光束偏转提供了一种新的解决方案。     

光学信息处理讲座 第八讲 非相干光(白光)信息处理

光学信息处理在六十及七十年代的发展,主要集中在相干光处理技术上,它取得了许多重要的成果．与此同时,计算机图象处理也以惊人的速度发展着,并得到了广泛的应用．即使如此,光学信息处理仍未失去它的青春活力．其主要原因在于,光学系统对二维信号（图象）具有高容量的平行处理能力,这是计算机处理所望尘莫及的．然而,相干光学处理的发展存在着一些根本性的障碍．因此,自七十年代后期以来,非相干光（白光）信息处理开?...     

石墨烯光学性质及其应用研究进展

石墨烯因其优异的光学和电学性能,及其与硅基半导体工艺的兼容性,而备受学术界和工业界的广泛关注。作为一种独特的二维原子晶体材料,石墨烯有着优异的机械性能、超高的热导率和载流子迁移率、超宽带的光学响应谱及极强的非线性光学特性,使其在新型光学和光电器件领域具有得天独厚的优势。一系列基于石墨烯的新型光电器件先后被研制出,已显示出优异的性能和良好的应用前景。本文将介绍石墨烯光学性质、与光的相互作用以及提高方法,并给出其在光子和光电子器件领域的应用,分析了这些器件所使用的结构及特点,重点阐述了在全内反射结构下,石墨烯与光相互作用的增强及其偏振依赖性质,及其利用该偏振依赖性质在光学传感、光存储等方面的应用,以及在细胞传感方面的重要发现。最后对石墨烯光学性质及其应用的现状进行了总结和展望。     

光学信息处理讲座 第二讲 半色调方法实现非线性变换

一、引言光学信息处理系统具有二维、并行、高速地完成傅里叶变换、相关和卷积等线性运算的能力．在典型的光学处理器以及低功率的情况下,除非使用特殊的技术,一般只能实现线性运算．但是,许多信息处理的应用又要求对数据进行非线性运算．过去,非线性变换主要是通过数字方法实现的．现在已经使用了多种技术来实现光学非线性运算（变换）．最方便的方法是利用胶片特性曲线的非线性,实现非线性变换．例如,对数变换［１］,?...     

原子层厚度超表面光场调控原理及应用

超表面由亚波长尺度二维人工微结构构成,可以实现对光场振幅、相位、偏振等多参量进行调控,为光场调控提供了优良平台.二维材料作为一种新型层状结构材料,相对于三维体材料有着十分独特的光学和电学特性,其与超表面结合为纳米尺度平面光学器件的发展提供了新的可能.本文综述了基于原子层厚度的二维材料超表面发展,介绍了多种二维材料超表面...     

小型航空压气机CFD设计系统

本文概要介绍了株洲航空动力机械研究所在９０年代中期引进每秒１０亿次运算速度的计算机后,建立了以二维叶片造型和三维粘性数值计算为核心的小发压气机ＣＦＤ设计系统。用新建立的ＣＦＤ设计系统进行了单级和双级压气机设计并进行了试验验证．试验结果证明,使用该系统能够完成高性能小型轴流压气机设计。     

基于神经网络模型的光学计算

目前的电子计算机适于解决数字运算问题，但是在解决辨别、联想、推理等所谓随机问题方面的能力却远不如人的大脑．企图模仿人脑的解剖结构来设计计算机以解决随机问题，并利用光学的独特功能，这就是光学神经元计算机．据此，Ｈｏｐｆｉｅｌｄ提出了一种关联存贮模型（或称为内容存贮），即每个存贮状态不是按地址存贮，而是按内容存贮在整个神经网络系统上．光学由于具有内禀的并行性，特别适于实现这个模型．采用纯光学或光电混会方法，通过光学矩阵乘法，取阀值运算，反馈迭代过程，可以实现从有误差的输入信息中提取正确的关联存贮信息．利用全息技术，有可能实现二维数据的关联存贮．     

基于二维材料的快速响应金属-半导体-金属结构光电探测器研究进展

快速响应光电探测器在光通信、高速摄影、生物医学成像等领域有广泛的需求。目前,市场上应用的快速响应光电探测器大多基于硅、砷化镓等传统的无机半导体材料,但是其制作工艺复杂、成本较高,并且机械灵活性差。以石墨烯、二硫化钼为代表的二维材料具有独特的层状结构以及良好的光学、电学、热学和机械特性,是制备光电探测器的理想材料。尤其是部分二维材料所拥有的超高载流子迁移率特性,十分适用于研制快速响应光电探测器。近年来,一系列基于二维材料的金属-半导体-金属结构光电探测器(Metal-semiconductor-metal photodetectors, MSM-PDs)被陆续报道,很多具有1μs以下的快速响应特性。本文以基于二维材料的快速响应MSM-PDs为主题进行综述。首先介绍了MSM-PDs中的基本结构及工作原理,深入剖析了决定其响应速度的主要因素。随后介绍了石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷、二维钙钛矿、三元硒氧铋等二维材料的分子结构、光学、电学等特性,并对各类二维材料在MSM-PDs的应用进行对比。然后分类介绍了响应速度在1μs以下的欧姆接触型、肖特基接触型以及基于表面等离激元效应二维材料MSM-PD...     

原子厚度的二维亚波长超透镜

超透镜（Metalens）是结合了超表面原理和超薄平板光学原理制作的一类自身尺度在亚波长范围内,能够对光波前进行重塑的新兴人工光学器件。二维范德华材料的出现为超透镜光学器件提供了丰富的材料选择以及功能调控方面的可能。以石墨烯、过渡族金属硫族化合物等为典型代表的二维材料归功于其层间相对较弱的范德华相互作用,可通过机械剥离、化学气相沉积等方法获得原子层厚度平整的单晶,天然满足超透镜材料厚度尺寸要求,其自身以及溶于溶剂形成的二维液晶材料均具有优异的电学、光学、机械、磁性等丰富的物理特性,且性能高度可调控,使得基于二维材料的超透镜除能满足传统透镜的特性功能外,还有望通过包括静电调控等方式得到具有可调控的新奇物理特性。因此,对基于二维材料的超透镜的发展现状进行总结,并结合其材料结构特性进行相关的展望对该行业的发展是十分迫切的。本综述主要围绕二维材料超透镜展开,概述了该类透镜的研究进展,包括二维层状材料以及二维液晶材料、二维材料超透镜的潜在应用前景,以及对二维超透镜这一新兴研究领域未来的发展方向进行了适当的总结与展望。     

基于二维材料异质结可饱和吸收体的超快激光器

可饱和吸收体作为非线性光学行为的物质载体,是获得超快激光的关键材料.基于石墨烯、过渡金属硫化物、拓扑绝缘体、黑磷等二维材料为代表的可饱和吸收体具有不同的光学优点,但仅依赖某一方面光学优势的单一材料,很难避免其应用的局限性.通过异质结结构结合不同二维材料的优势,达到光学互补效应,为制备高性能的新型可饱和吸收体,实现短脉宽高峰值功率的输出提供了思路和借鉴.本文总结了异质结可饱和吸收体的制备方法、能带匹配模型、电子跃迁机理,并从工作波长、输出脉宽、重复频率、脉冲能量等重要参数对国内外基于二维材料异质结激光器的研究进展进行了综述,此外,对二维材料异质结在光调制器、超快激光、可饱和吸收体、光开关等方向的发展前景进行了展望.     

基于Pancharatnam-Berry相位超表面的二维光学边缘检测

提出并设计一种基于Pancharatnam-Berry (P-B)相位超表面的二维光学微分器,并实现对光学图像的二维光学边缘检测.在环形光栅相位的作用下,该P-B相位超表面可将光束的左右旋分量在径向进行分离,在滤除中间重叠部分的线偏振光后,保留下来的光学信息即为二维光学微分结果.同时,通过调节该二维光学微分器的光轴分布函数可对边缘信息分辨率进行灵活调控.研究结果表明,上述P-B相位超表面可用于光学图像的二维边缘信息提取,相比于一维光栅式超表面,该方法得到的边缘信息更加完整、清晰.可以预期,这种二维光学微分器在超快光学计算与光学图像处理等方面具有重要的潜在应用价值.     

利用二维杨-顾算法设计非对称结构衍射光学元件

杨 顾算法是一种设计衍射光学元件的相位恢复方法。在大多数文献中,主要用它来设计一维衍射光学元件和具有旋转对称结构的二维衍射光学元件,故在此称之为一维杨 顾算法。二维杨 顾算法可用来设计任意结构的二维衍射光学元件。在基于非幺正变换光学系统中,用振幅 相位恢复理论建立了二维杨 顾算法的数学模型,给出了迭代算法。利用自编的仿真程序包设计了一个具有非对称结构的衍射相位元件。     

二维函数光子晶体

光子晶体是由两种或两种以上不同介电常数材料所构成的周期性光学纳米结构.光子晶体结构可分为一维、二维和三维,其中二维光子晶体已成为研究的热点.可调带隙的二维光子晶体可以设计出新型的光学器件,因此,对它的研究具有重要的理论意义和应用价值.本文提出的二维新型函数光子晶体可以实现光子晶体带隙的可调性.所谓二维函数光子晶体,即组成它的介质柱的介电常数是空间坐标的函数,它不同于介电常数为常数的二维常规光子晶体.二维函数光子晶体是通过光折变非线性光学效应或电光效应使介质柱的介电常数成为空间坐标的函数.运用平面波展开法给出了TE和TM波的本征方程,由傅里叶变换得到二维函数光子晶体介电常数ε(r)的傅里叶变换ε(G),其傅里叶变换比常规二维光子晶体的复杂.计算发现当介质柱介电常数为常数时,其傅里叶变换与常规二维光子晶体的相同,因此二维常规光子晶体是二维函数光子晶体的特例.在此基础上具体研究了二维函数光子晶体TE波和TM波的带隙结构,其介质柱介电常数函数形式取为ε(r)=k·r+b,其中k,b为可调的参数.并与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构进行了比较,发现二维函数光子晶体与二维常规光子晶体TE波和TM波的带隙结构有明显的区别,二维函数光子晶体的带隙数目、位置以及宽度随参数k的变化而发生改变.从而实现了二维函数光子晶体带隙结构的可调性,为基于二维光子晶体的光学器件的设计提供了新的设计方法和重要的理论依据.     

二维光学沃尔什—哈特曼变换

从光学变换的基本方程出发,分析了变换所需的空间横向调制型全息透镜的相位误差,提出用计算机产生全息图和光学全息相结合的方法产生高精度的二维变换全息透镜.在实验上实现了二维32序的光学沃尔什-哈特曼变换,实验结果与理论计算一致.     

低维材料非线性光学与器件专题编者按

正2004年,石墨烯的首次发现为具有独特光子和光电特性的二维材料的发展打开了大门.二维材料通常被称为原子薄层材料,其厚度可减至单层或几层.强的层内共价和弱的层间范德瓦耳斯力是二维材料的典型特征.不同厚度和电子结构的二维材料使其可以在紫外到太赫兹的波长范围内进行光学响应,极大地扩展了二维材料在光子学领域的应用范围.二维材料还具有优异的光子特性,如泡利阻塞诱导的饱和吸收、超快的弛豫时间和高度的光学非线性,为其在光子学领域广泛的应用奠定了基础.由于原子层的二维材料具有机械稳定性和表面自然钝化的特点,可无选择性地牢固地集成到其他结构中,如平面波导、玻璃纤维、光学微腔和其他二维层状结构,而不会出现"晶格失配"问题.此外,二维材料的光学性质可以通过电选通、光激励、或化学掺杂来精确控制.     

光学信息处理讲座第四讲 银盐记录介质在光学信息处理中的应用

光学信息处理以其速度快、信息容量大、结构简单、可以同时完成二维或多通道运算等优点而被人们所重视,并已成为现代光学的重要组成部分．光学信息处理的基本装置可以分为以下几个主要部分：光源、输入转换器、光学处理系统以及输出转换器．目前,输入转换器主要通过感光胶片将输入信号或图象送入处理系统．光学处理系统是由透镜或其它全息光学元件构成的模拟运算系统,此系统中的空间滤波器是光学信息处理系统中的关键元件,?...     

基于电力网络的级联故障模型

以电力系统的停电事故为例,提出一种节点具有能量耗散和扩容行为的级联故障模型,并分别在二维规则网络和无标度网络上对该系统的演化过程进行计算机模拟.结果表明,在两种不同结构的网络中系统的演化过程都出现了自组织临界现象,说明网络中节点能量的耗散及容量的扩充是导致电力系统出现自组织临界现象的重要因素.此外,还发现无标度网络中的最大级联故障规模要远大于二维规则网络中的级联故障规模.     

具有非线性反馈的光学双稳态装置

一、前言双稳态光学器件（ＢＯＤ）具有双稳态电子器件类似的功能,可以用作存储器、放大器、振荡器、限幅器和开关元件等．如果实现微型化,做成集成光路元件,其开关速度估计可达１ｎｓ对于光学信息处理和光通讯的应用具有重要意义,可能成为未来光学数字计算机的一种基础逻辑元件．因而近年来引起人们的重视．目前国外研究的ＢＯＤ器件有两种类型,一类是纯光学的。即将非线性光学介质（如饱和吸收染料,金属蒸汽等）置于Ｆ?...